Exotic Species Invasion and Biodiversity in Bangladesh Forest Ecosystems

Titelangaben

Uddin, Mohammad Belal:
Exotic Species Invasion and Biodiversity in Bangladesh Forest Ecosystems.
Bayreuth , 2011
( Dissertation, 2011 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

Both, biological invasion by exotic plant species and biodiversity including spatial patterns and drivers are two major issues in tropical forest ecosystems. This dissertation deals with these two issues in a tropical forest ecosystem in Bangladesh. Considering the first issue, it comprises two manuscripts: a systematic review and a field survey in Bangladesh forest ecosystem. The review was done based on a formalized literature search in order to summarize the approaches that were hitherto applied as well as to mark gaps in tropical invasion research. A considerable number of primary research papers focused on invasion by plants in tropical forests were reviewed. The results identified ample gaps of research. Adressing these gaps may generate promising future research to understand and mitigate this great challenge in different types of tropical forests. Then a case study was conducted to examine the invasiveness and invasibility characteristics in a forest ecosystem of Bangladesh. This study seeks to find out the characteristics of exotic species and relationships between native species richness, environmental variables, disturbances and exotic plant invasion in this ecosystem. Boosted Regression Trees and Detrended Correspondence Analysis are used to determine these relationships. Most exotics are trees followed by shrubs and herbs. Fabaceae and Asteraceae contribute a large proportion of exotic species. Most of them originated from other tropical areas. Native species richness was found to be the best predictor for the number and percentage of exotic species in the study area. However, a unimodal relationship was found. Multiple other factors also influence the success of exotic species. The number and the percentage of exotic species are positively correlated with frequency of disturbances and with soil attributes (phosphorus and bulk density) but negatively correlated with topography (elevation) and conservation patterns (protection). Considering the biodiversity issue, it encompases another two manuscripts based on a case study conducting a systematic field work in the same forest ecosystem of Bangladesh. They are the first spatially explicit analysis of drivers and patterns of biodiversity in this terrestrial ecosystem based on multivariate approaches, similarity analysis and variation partitioning. One manuscript assesses the relationships between landscape and habitat characteristics, conservation patterns, and plant diversity in this tropical forest ecosystem. This study analyses the effects of soils, topographic conditions, disturbances and nature protection on plant species richness and species composition. The results reveal that biodiversity patterns in the study area are positively correlated with protection and elevation. These patterns are, however, negatively correlated with disturbances. The other manuscript focuses on the stand characteristics and spatial patterns of biodiversity as they are rarely studied in the tropics in general and in Bangladesh in particular. Data on tree species are used as they are the most conspicuous element of these ecosystems. Tree species composition was recorded in a systematic plot design and diameter was measured at breast height for each individual tree. Distance-decay approach was applied to analyze the spatial pattern of biodiversity for the whole study area and two subsamples from Satchari National Park and Satchari Reserve Forest. Analyses showed that biomass increased significantly with protection status. Plots in the Reserve Forest were associated with higher species turnover than in the National Park. This dissertation identifyies, for the first time in a systematic approach, the major drivers for invasion and biodiversity pattern in a forested area in Bangladesh. In conclusion, both, biological invasion by exotic plant species as well as biodiversity are strongly related to the disturbance regime and nature protection.

Abstract in weiterer Sprache

Zwei der bedeutendsten Aspekte der Erforschung tropischer Wälder sind zum einen die biologischen Invasionen durch exotische Pflanzenarten und zum anderen die Biodiversität mit ihren räumlichen Ursachen und Mustern. Diese Dissertation behandelt beide Themen am Beispiel eines tropischen Waldökosystems in Bangladesch. Der erste Aspekt wird in zwei Manuskripten untersucht: Einer systematischen Literaturstudie sowie einem Fallbeispiel in einem Waldökosystem in Bangladesch. Die formalisierte Literaturstudie fasst die bisher angewandten Forschungsansätze zusammen und zeigt bestehende Lücken der Invasionsforschung in den Tropen auf. Eine nennenswerte Anzahl an Forschungsarbeiten zur Invasion von Pflanzen in tropischen Wäldern wurde begutachtet. Die Ergebnisse weisen auf große Forschungsdefizite hin. Eine Bearbeitung dieser Lücken kann vielversprechende Forschungsarbeiten hervorbringen, welche zum Verständnis und zur Lösung der großen Herausforderungen in verschiedenen tropischen Waldsystemen beitragen können. In der Fallstudie wurde anschließend untersucht, welche Eigenschaften in einem Waldökosystem in Bangladesch zu einer erhöhten Invasibilität beitragen. Diese Studie erarbeitet verschiedene Charakteristika exotischer Arten und untersucht deren Zusammenhang mit Artenreichtum, Umweltvariablen und Störungen. Die Analyse wurden mittels „Boosted Regression Trees“ und Korrespondezanalysen (Detrended Correspondence Analysis) durchgeführt. Bei den meisten nicht heimischen Arten handelt es sich um Bäume, gefolgt von Sträuchern und krautigen Pflanzen. Die Neophyten gehören zu einem großen Teil zu den Fabaceae und Asteraceae und stammen meist aus anderen tropischen Gebieten. Im Untersuchungsgebiet stellt die Anzahl heimischer Arten den besten Prädiktor für Anzahl und prozentualen Anteil exotischer Arten dar. Der Zusammenhang kann durch eine parabelförmige Kurve charakterisiert werden, jedoch beeinflusst eine Vielzahl anderer Faktoren den Erfolg nicht heimischer Arten. Anzahl und Anteil exotischer Arten korrelieren positiv mit der Frequenz der Störungen und Bodeneigenschaften (Phosphor und Schüttdichte), jedoch negativ mit der Topographie (Höhe ü. NN.) und dem Naturschutzstatus. In Hinblick auf Fragestellungen zur Biodiversität umfasst diese Dissertation zwei weitere Manuskripte, die auf Feldstudien im selben Waldökosystem in Bangladesch basieren. Es handelt sich dabei um die erste räumlich explizite Analyse der Ursachen und Muster der Biodiversität in diesem terrestrischen Ökosystem. Sie verwendet multivariate Statistik, Ähnlichkeitsanalysen und Varianzpartitionierung. Eines der Manuskripte untersucht den Zusammenhang zwischen Landschafts- und Habitat-Charakteristika, sowie dem Naturschutz und der Pflanzenvielfalt in diesem Ökosystem. Sie analysiert den Einfluss von Boden, topographischen Bedingungen, Störungen und Naturschutz auf Pflanzenvielfalt und die Vergesellschaftung von Pflanzenarten. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Biodiversitätsmuster im Untersuchungsgebiet stark positiv mit dem Naturschutzstatus und der topographischen Höhe korrelieren, aber einen negativen Zusammenhang mit Störungen zeigen. Das zweite Manuskript richtet seinen Fokus auf Bestandeseigenschaften und räumliche Muster der Biodiversität, da diese sowohl in den Tropen als auch in Waldökosystemen Bangladeschs selten untersucht werden. Verwendung finden Daten zu Bäumen, da dies die bedeutendsten Elemente dieser Ökosysteme darstellen. In einem systematischen Aufnahmedesign wurden Baumartenzusammensetzung und Brusthöhendurchmesser jedes Individuums gemessen. „Distance-decay“ Analysen wurden auf das gesamte Untersuchungsgebiet sowie auf zwei verschieden stark geschützte Teilbereiche angewandt. Dabei wurde eine signifikante Zunahme der Biomasse mit dem Naturschutzstatus beobachtet. Der räumliche Artenumsatz ist in den weniger geschützten Bereichen des Schutzgebietes größer als in der Kernzone. Diese Dissertation erarbeitet erstmalig systematisch die bedeutendsten Ursachen für Invasions- und Biodiversitätsmuster in Wäldern Bangladeschs. Schlussfolgernd kann gezeigt werden, dass sowohl biologische Invasionen durch exotische Pflanzenarten, als auch die Biodiversität stark mit Störungsregimen und dem Naturschutz zusammen hängen.